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Regelungsvorrichtung für Walzwerkmaschinen und andere umkehrbare,
mit Unterbrechungen arbeitende Dampfmaschinen. Die Erfindung bezieht sich auf Steuerungen
für Walzwerkmaschinen und andere umkehrbare, mit Unterbrechungen arbeitende Dampfmaschinen,
bei welchen das Drosselventil und die Umsteuerung durch einen Steuerhebel in Verbindung
mit einem Servomotor beherrscht werden, und bei welchen beim Einstellen des Steuerhebels
auf Mitte (las Drosselventil plötzlich und zwangläufig geschlossen wird.. Ferner
erfolgt bei der Erfindung in Gemeinschaft mitbekannten Einrichtungen das Vollöffnen
des Drosselventils bei großer oder größter Füllung unabhängig von der Geschwindigkeit
der Maschine. Bei der einen Gruppe der bekannten Steuerungseinrichtungen erfolgt
das Vollöffnen des Drosselventils in Abhängigkeit von der Umdrehungsgeschwindigkeit
der Maschine und bei der anderen Gruppe, bei der das Vollöffnen des Drosselventils
unabhängig von der Geschwindigkeit der Maschine stattfindet, ist der Stcuerhebel
starr mit dem Umsteuerungsgetriebe und dem Drosselventigestänge verbunden, so daß
die Eröffnung des Drosselventils in direkter Abhängigkeit von der Stellung des Umsteuerungsgetriebes
geschieht, so (laß notwendigerweise beim Anlassen der Ma, schirre beim- Einstellen
auf größere Füllungen (las Drosselventil voll geöffnet werden muß.
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Beide Gruppen der bekannten Steuerungseinrichtungen weisen das gemeinsame
Merkmal auf, daß, nachdem einmal das Drosselventil voll geöffnet ist; jeder zwangläufige
Einfluß auf dasselbe bis zur Zurückführung des Steuerhebels auf Mitte aufhört.
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Bei vorliegender Erfindung geschieht die Regelung der Maschinenleistung
für eine volle Fahrt in folgender Weise: Zuerst wird der Steuerhebel auf große Auslage
gebracht, wodurch die Maschine auf größte Füllung eingestellt, jedoch das Drosselventil
nur etwas geöffnet wird, so daß das Anfahren bei großer Füllung und niedrigem Druck
stattfindet. Ist die Maschine auf diese Weise bei Leerlauf langsam angelaufen, so
wird sie auf Arbeitsleistung eingeschaltet. Zu diesem Zweck wird der Steuerhebel
weiter nach außen bewegt, wodurch das Drosselventil mit Hilfe des Servomotors plötzlich
voll geöffnet wird, so (laß größte Füllung bei Volldruck erzielt wird. Diese Stellung
des Steuerungsgetriebes entspricht der Einleitung der Arbeitsperiode, in welcher
das zu walzende Material zuerst von den Walzen erfaßt wird; infolgedessen ist es
für das einwandfreie Arbeiten der Maschine durchaus vorteilhaft, daß in diesem Augenblick
der Höchstbeanspruchung die Maschine auch sofort zwangläufig, d: h. durch (las Bewegen
des Steuerungshebels, weiter nach außen auf Höchstleistung eingestellt ist.
Die
Geschwindigkeit ist bei der Einleitung des Arbeitsganges noch niedrig, erhöht' sich
aber dann während des Arbeitsganges. Die weitere Regelung der Leistung findet durch
Bewegen des Steuerungshebels nach der Mittellage zu statt. Dabei wird zuerst nur
die Füllung und bei weiterem Zurückführen des Steuerhebels sowohl die Füllung als
auch die Öffnung des Drosselventils verkleinert, bis bei Mittelstellung des Hebels
der Schnellschluß des Drosselventils eintritt.
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Gegenüber den bekannten Steuerungsgetrieben dieser Art wird in erster
Linie ein gleichförmigeres Drehtnoinent erzielt, da beim Anlauf der Maschine und
bei wesentlicher Verringerung der Leistung der Dampfdruck entsprechend tierabgedrosselt
wird.
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Durch eine Verbesserung der Hebelanordnung wird eine größere Empfindlichkeit
der Einstellung erreicht. Weitere Einzelheiten sind aus der Beschreibung zu entnehmen.
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Die beiliegenden Zeichnungen erläutern die Erfindung in schematischen
Skizzen.
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Fig. i ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei der der Servomotor
aus einerkleinen Druckflüssigkeitsmotor gebildet wird.
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Fig.2 ist eine abgeänderte Ausführungsform, bei welcher der Druckflüssigkeitsmotor
durch einen gewichtsbelasteten Hebel ersetzt ist.
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Fig. 3 ist eine abgeänderte Ausbildung des Steuerhebels nach Fig.
i und 2. Der Hebel steht hierbei so mit der Einrichtung, die das cffnen und Schließen
des Ventils bewirkt, in Verbindung, daß der Hebel zwischen den gleichen zwei Stellungen
unabhängig von der Drehungsrichtung der Maschine bewegt wird.
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Fig@'4 zeigt eine Sicherheitsvorrichtung zum Schließen des Ventils,
die dann in Wirkung tritt, wenn das Drosselventil zufälliger-@i-eise beim Zurückbringen
des Steuerhebels in die Mittellage durch die gewöhnliche Schließvorrichtung nicht
geschlossen werden sollte. Hierbei bewirkt das Zurückdrehen des Hebels selbst in
die Mittellage das Schließen des Drosselventils.
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Fig.5 veranschaulicht die Wirkungsweise der Steuerung durch eine Schar
Dampfdiagramme.
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Wie Fig. i -zeigt, erfolgt das Anlassen der Maschine durch Ausschwingen
des Steuerhebels 36 aus der Mittellage i (Kulissentotlage) in die Stellung 2 oder
4, je nach der gewünschten Drehrichtung der Maschine. Diese Drehung des Hebels 36
bewirkt mittels der Stange 6, die vorzugsweise elastisch einerseits mit dem Steuerhebel
36 und andererseits mit den Gelenken i i in Verbindung steht, eine Verstellung der
Unisteuervorrichtimg in die der größten Füllung entsprechende Lage. Die Lmsteuervorrichtung
wird durch den Dampfzylinder 30 gebildet, der mit einem Öl-oder Wasserkataraktzylinder
31 gekuppelt -ist, wobei der letztere mittels einer Stange i2 und einer Kurbel 13'
auf die Umsteuerwelle 13 einwirkt.
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In jeder gewünschten Stellung der Umsteuervorrichtung, und zwar für
.gewöhnlich vor derjenigen Stellung, die der größten Füllung entspricht, greift
die eine oder die andere der Stangen 16 oder 17 j e nach dein Umdrehungssinn der
Maschine an einen Doppelhebel 33 an, der auf einer Welle 18 sitzt, die die hrafteinschalt-
oder Servomotorwelle bildet. I-Iierdurch wird die Welle 18 so weit gedreht, daß
sich das Drosselventil der Maschine uni einen geringen Betrag öffnet oder anstatt
dessen ein kleineres Hilfsdampfventil um einen größeren Betrag geöffnet wird. Auf'
diese Weise wird eine genügend große Menge von gedrosseltem Dampf in die Haupt-
oder Hochdruckzylinder der Maschine eingelassen, so daß dieMaschine langsam unter
geringer oder ohne Belastung laufen kann. Unter diesen Bedingungen wird die Maschine
gleichmäßig langsam ohne größeren Dampfbedarf laufen, solange der Steuerhebel
36 sich in der Stellung 2 oder 4 befindet.
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Sobald es sich darum handelt, die Kraftleistung und die Geschwindigkeit
der Maschine zu steigern, wird der Steuerhebel 36
aus der Stellung 2 oder
d. in die Stellung 3 oder 5 geschwungen. - Hierdurch wird ein Organ 22' im Steuerungsgehäuse
22 eines Dampfzylinders 23 des Servomotors so ge, steuert, daß der Dampfeintritt
in denselben geöffnet wird. Hierdurch wird der in diesem Zylinder laufende Kolben
23' um seine ganze Hublänge nach rechts vorwärts gepreßt. Hierbei nimmt die mit
diesem Kolben verbundene Stange den Kopf eines auf der Servoinotorwelle 18 aufgekeilten
Hebels 24 mit, wodurch die Welle 18 so weit gedreht wird, daß das Drosselventil
zwangläufig völlig geöffnet wird, so daß der Dampf unter vollem Druck in die Maschine
strömen kann.
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Die Einstellung des Organs 22' zwecks Zulassung des Dampfes in den
Zylinder 23 wird dadurch erreicht, daß an dem auf der Welle 18 aufgekeilten Hebel
24 eine Stange 25 angelenkt ist, die bei der -Drehung des Hebels 24 entgegen der
Uhrzeigerrichtung sich mit einer Schulter gegen einen Anschlag 26 eines Winkelhebels
27 so anlegt, daß der letztere tun seinen Drehpunkt gedreht wird und das Steuerorgan
22' abwärts bewegt. Dieses Steuerorgan 22' steht mit dein linken Arm des Winkelhebels
27 gelenkig in Verbindung.
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Bei der nun erfolgenden Verschiebung des Servomotorkolbens wird, wie
beschrieben, die Servomotorwelle 18, die mit dein Drosselventil in Verbindung steht,
weiter gedreht
und folglich auch die Stange 25 weiter verschoben
(nach rechts). Eine am Winkelhebel angebrachte Einstellvorrichtung, Schraube 28,
sorgt nun dafür, daß nach Herstellung der Volleröffnung des Organs 22' keine weitere
Verschiebung stattfindet, indem die Schraube 28 bei Drehung des Winkelliebels auf
die Stange drückt und sie entgegen der Wirkung einer am rechten Arm des Winkelliebels
angebrachten Feder außer Eingriff mit dem Anschlag 26 bringt.
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.Nachdem das Drosselventil 15 durch die obenbeschr iebene Serv omotorv
orrichtung völlig geöffnet worden ist, wird die Gesebwindigkeit und die Kraft der
Maschine weiterhin dadurch gesteuert, daß der Steuerhebel 36 mehr oder weniger wieder
gegen seine Mittellage zurückgeführt wird. Bei dieser Rückdrehung des Steuerhebels
wird die Uiristeuerwelle 13 und gleichfalls der mit ihr verbundene Hebel 14 um seinen
Drehpunkt gedreht. Der Hebel 14 steht mittels einer Stange i 9 und einer Schlitzzapfenverbindung
2o, -2i mit dem Hebel 24. der Servomotorwelle 18 in Verbindung. Die Schlitzzapfenverbindung
2o, 21 ist zu dem Zwecke vorgesehen, damit das Drosselventil während der Rückführung
des Steuerhebels völlig offen bleibt, bis eine vorher bestimmte verhältnismäßig
kleine Füllung erreicht ist, und damit ferner die Umsteuerwelle sich in die der
größten Füllung entsprechende Stellung beim Anlassen der Maschine einstellen kann,
bevor überhaupt ein Offnen des Drosselventils eintritt.
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Sobald die Umsteuerwelle die einer vorher bestimmten Füllung entsprechende
Lage eingenommen hat, drückt die Stange i9 den Kolben 23' des Servomotorzylinders
23 entgegen dem Druck des in dem Zylinder enthaltenen Kraftmittels so lange zurück,
bis sich das Organ 22' genügend hebt und der Auslaß des Zylinders geöffnet wird,
so daß der im Servoinotorzvlinder eingeschlossene Dampf entweicht. Dies geschieht
in der Weise, daß der nachstellbare Anschlag 29 der Stange 25 beim Verschieben nach
links in Eingriff mit dem Winkelhebel :27 gelangt, so daß der letztere so
weit, und zwar im Sinne des Uhrzeigers, um seinen Drehpunkt geschwungen wird, daß
(las Organ 22'- nach oben bewegt wird.
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Es ist ersichtlich, claß bis zu dem Zeitpunkt, in welchem der Danipfauslaß
des Servomotorzylinders 23 geöffnet wird, der Schluß des Drosselventils durch eine
nachgiebige Kraft verhindert ist, dadurch, (laß der Kolben bei -geöffneter Einlaßöffnung
gegen den Widerstand der Kraftquelle, d.li. des Dampfes, verschoben wird, und (laß
also (las- Drosselventil uni so weit offen bleibt, als dies die Stellung der Umsteuerwelle
13 und die Verhältnisse der Schlitzzapfenverbindung zulassen. Nachdem der Dampf
aus dem Servoinotorzvlinder 23 herausgelassen und das Drosselventil geschlossen
ist, tritt der Servoniotor erst dann wieder in Tätigkeit, wenn der Steuerhebel wieder
in die Stellung 2 oller 4. zurückgeführt worden ist.
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Wie aus F ig. i ersichtlich, ist die Stange des in- dem Zylinder 23
verschiebbaren Kolbens 23' zu einem Plunger verlängert, der sich in einem livdraulisclien
Bremszylinder 32 hin und her verschiebt.. Der letztere besitzt ein Rückschlagventil34,
welches eine-rasche Rückkehr des Kolbens des Servomotors in seine Anfangsstellung
mit verhältnismäßig geringem Widerstand zuläßt.
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Die Einschaltung von Federn 7 und 8 zwischen der Stange 6 und dein
Steuerhebel 36 einerseits und dem Gestänge i i andererseits ist nur dann erforderlich,
wenn man die Vorrichtung in die der größten Füllung entsprechende- Lage bringen
will, bevor der Steuerliebel völlig die Schlußlage erreicht hat. In dieseln Falle
benötigt man Anschläge 9 und io zur Begrenzung des Weges des Gestänges i i. Die
Federn 7 und 8 oder die an Stelle dieser Federn eingeschalteten elastischen Zwischenglieder
geben durch den bei ihrem Zusammendrücken auftretenden geringen Widerstand dein
Maschinenführer an, wann die größte Füllung erreicht ist und wams der Steuerhebel
die Stellung erreicht hat, in -%velcher die Maschine gerade noch unter der Zufuhr
der gedrosselten Dampfmenge arbeiten kann.
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Bei der Ausführungsform der Erfindung nach Fig. 2-sind die der Fig.
z entsprechenden Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Der einzige Unterschied
zwischen der Anordnung nach Fig. i und derjenigen nach Fig. 2 besteht darin, daß
bei der letzteren Ausführungsform der Erfindung der Servomotor als gewichtsbelasteter
Hebel ausgebildet ist.
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Beien Anlassen der 1Iascliine wird die Unisteuerwelle 13 genau wie
oben erläutert in Drehung versetzt. In jeder Winkelstellung dieser Welle, für gewöhnlich
in der Stellung, die der größten Füllung entspricht oder kurz vor dieser Stellung,
nimmt die eine der Stangen 16 und 17 den Hebel 33 so mit, daß die Welle 18 ihrerseits
um einen kleinen- Winkel gedreht wird, der genügt, um der Maschine eine geringe
Menge gedrosselten Dampfes zuzufiihren. Bei einer weiteren Drehung des Steuerhebels
nach außen dreht sich die Welle 18 um einen größeren Betrag, der genügt, um mittels
der Stange 25d den Riegel 22a so weit zurückzubewegen, (laß der gewichtsbelastete,
bisher durch den Riegel22a gesperrte Arm 2311 frei werden und plötzlich abwärts
fallen kann. Durch Anschlag dieses Armes gegen
(Ken fest finit der
Welle 18 verbundenen Arm a@.« wird diese Welle i8 so weit gedreht, daß hierdurch
das Drosselventil 15 zwatigläufig vollständig geöffnet wird. L)er Arm -23" ist an
einen Kolben angeschlossen, der sich in einem Bremszylinder 32 bewegt. Dieser Bremszylinder
ist iliit einer Anzahl von Kanälen 32" und einem Ventil 34. in der Weise ausgestattet,
(laß die Geschwindigkeit des sich in dem Zylinder 32 abwärts bewegenden Kolbens
und dementsprechend die Geschwindigkeit, mit der der Hebel 23" abwärts fällt, mit
genügender Präzision geregelt werden kann.
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Die -Maschine arbeitet jetzt finit hohem Dampfdruck hei größter Füllung,
und die weiteren Veränderungen in der Geschwindigkeit -und in der K=raft der Maschine
werden, wie bei dein Ausführiingsheispiel nach Fig. 1, durch Zurückführen des Steuerhebels
36 nach der -Mittelstellung zu bewirkt. Die Zurückdrehung dieses Hebels verändert
gleichzeitig die Winkelstellung der. L'nlsteuerwelle 13, die ihrerseits mittels
des Hebels 14, der Stange i o und der Schlitzzapfenverbindung 2o und z1 die Welle
18 in entsprechender Weise wie gemäß der Einrichtung nach Fig. i verdreht.
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In oder nahe der Mittelstellung wird das 1;ilde des gewichtsbelasteten
Hebels 23" über clen Anschlag des Riegels y2-11 angehoben. Der letztere wird dann
durch eine das Ende der Stailge 25« umschließende Feder so gegen den IIebel23" gepreßt
gehalten, daß er diesen I-Iebel in der dem Schluß des Drosselventils entsprechenden
Stellung festhält. Das Drosselventil wird also so lange geschlossen gehalten, bis
der Steuerhebel wieder in die Stellung 2 oder 4 zurückgebracht oder über diese Stellungen
hinausbewegt worden ist.
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Die Leistungsregelung der Maschine durch den einzigen Steuerhebel
in Verbindung mit dem Servomotor ist in der Fig. 5 durch eine Schar Diagramme, eine
volle Fahrt darstellend, veranschaulicht. Das Diagramm I entspricht dem langsamen
Anfahren der Maschine bei großer Füllung und stark gedrosselteni Dampf, das Diagramm
1T der weitesten Auslage des Hebels, bei welcher Stellung (las Drosselventil voll
geöffnet ist. Bei dem (Kann erfolgenden Rückbewegen des Hebels wird dann zuerst
nur die Füllung beeinflußt, his beispielsweise 6o bis 70 Prozent Füllung
erreicht ist, wie die Diagramme 11I, IV und V zeigen, worauf dann sowohl die Füllung
als auch der Dampfdruck geringer werden, wie die Diagramilie VI, VII und VIII zeigen.
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Statt einer starren Verbindung des Steuerhebels 36 mit dem Hebel 35,
wie in Fig. i und 2 dargestellt, kann man die Anordnung, wie aus Fig. 3 ersichtlich,
auch so treffen, daß für jede Drehrichtung der -Maschine der Steuerhebel von der
Nullstellung in dieselbe Dichtung, und zwar um die gleiche Strecke, geschwungen
wird, so daß die Empfindlichkeit der Steuerung bei sonst gleicher Anordnung der
einzelnen steuernden Teile verdoppelt wird, besonders da für die aufzuwendende Arbeit
die doppelte Hublänge als mit dein Hebel nach der Fig. i verfügbar ist.
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Zii diesem Zwecke ist der Steuerhebel 36
an seinem Ende finit
einem geraden oder gekrümmten Schlitz versehen. Die Mitte des Schlitzes fällt mit
der Drehachse 38 des Hebels 36 zusammen. In der Nähe des Handgriffies des Steuerhebels
36 ist ein weiterer kleiner Handgriff 39 drehbar angebracht, der mittels eitles
Gelenkstückes do mit einem Stein 4.1 in Verbindung steht; der in dem Schlitz 37
hin und her gleiten kann. Mittels (-fies Handgriffes 39 kann der Stein .Ei über
die ganze Länge des Schlitzes der Stange 37 verschoben «-erden. Die beiden Endlagen
des " Steines -.i in dein erwähnten Schlitz entsprechen den beiden Drehrichtungen
der Maschine. 1e nachdem der Stein sich in der einen oder in der anderen I?ndstellurig
in seinem Schlitz befindet, wird der Hebel 35 um seinen Dreh- -punkt mittels des
Hebels 42' und der Stange 4.2, durch die er mit dein Stein 41 verbunden ist, in
die eine oder die andere Richtung gedreht, wenn der Steuerhebel 36 aus der
Anfangsstellung i in die Stellung 2 und 3 gebracht wird.
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Die beschriebene Art und Weise der Verbindung des Steuerhebels mit
der Antriebsvorrichtung für die Steuervorrichtung kann entweder bei der Anordnung
nach Fig. i öder bei der Ausführungsform der Erfindung nach Fig. 2 Verwendung finden,
jedoch kann man die Einrichtung auch in . Verbindung mit beliebig anders gestaltetem
Servomotor, wie beispielsweise einem Elektromotor, oder aber auch ganz. allgemein
für Steuer- oder Bewegungsühertragungszwecke mit Vorteil benutzen.
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In Fig. 4. ist eine Sicherheitsvorrichtuilg in Verbindung mit der
Steuervorrichtung nach Fig. i und 2 dargestellt. Naturgemäß läßt sich diese Vorrichtung
auch bei der Ausführungsforin nach Fig. 3 verwenden.
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Bei der Ausführungsform der Erfindung nach Fig. 4 ist der Steuerhebel
36 unterhalb seines Drehpunktes zu einem Zahnsektor .M3 ausgebildet, der in ein
Ritze- d.d. greift, das fest mit eine=n Arm .45 verbunden ist. Der Arnl .45 ist
seinerseits an eine Stange q.6 an- ; gelenkt, die in dem Lagerblock :47 der Drosselventilstange
q.8 verschiebbar geführt ist. Die Drosselventilstange d.8 ist mittels-einer Stange
49 mit einem Arm 5o verbunden, der fest auf der Servomotorwelle 18 aufgekeilt ist.
Die Stange 49 besteht aus zwei teleskopartig ineinander geschobenen Teilen, die
durch
einen Riegel 51, der durch eine Feder 52 belastet ist, fest miteinander verbunden
gehalten werden.
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Wird der Hebel 36, wie oben erwähnt, wieder in seine Anfangslage i
zurückgebracht, und dreht sich die Welle 18 aus irgendeinem Grunde nicht weit genug,
um den vollständigen Schluß des Drosselventils 15 zu bewirken, so nimmt die Stange
48 die Stellung ein, die der Stellung kurz vor der Schlußlage des Drosselventils
entspricht, d. h. sie wird links von der in Fig. 4. dargestellten Lage zu stehen
kommen. In diesem Falle stößt der Ansatz .462 der Stange 46 gegen den Ansatz des
Riegels 51 an, so daß dieser Riegel entgegen der Wirkung der verhältnismäßig schwachen
Feder 52 so weit aufwärts geschwungen wird, daß die beiden Teile der Stange 49 voneinander
entkuppelt werden. jetzt kann die Feder 53 oder ein entsprechendes Gewicht, welches
auf die Stange -.8 einwirkt, zwangläufig das Drosselventil 15 schließen. Wenn später
die Servomotorwelle 18 sich in die der Schlußlage des Drosselventils entsprechende
Stellung dreht, schnappt der Riegel 51 selbsttätig wieder ein und kuppelt die beiden
Teile der Stange .49 wieder miteinander.
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Im Falle eines. beim Steuern nur nach einer Richtung auszuschwingenden
Hebels nach Fig. 3 wird die Stange 46, durch die die Sicherheitsvorrichtung angetrieben
wird, unmittelbar drehbar mit der Verlängerung des Steuerhebels verbunden, anstatt
daß man diese Stange, wie in Fig. q. dargestellt, durch Zahnsektor und Ritzel .mit
dem Steuerhebel verbindet.